专利名称：短路点可重构的手机内置环天线的制作方法
技术领域：
本发明属于无线通信技术的天线设计领域，涉及一种短路点可重构的手机内置环天线。
背景技术：
随着无线通信技术的飞速发展，手机的功能逐步拓展，从以前单一的语音业务发展到当前的数字、多媒体业务。在同一个手机上集成多种业务是当前手机发展的重要趋势之一。由于多种无线通信业务工作的频带范围不尽相同，比如全球移动通信系统 (GSM850 :824-894MHz, GSM900 :880_960MHz)，全球定位系统(GPS 1575MHz)，数字蜂窝系统(DCS :1710-1880MHz)，个人通信系统(PCS :1850_1990ΜΗζ)，通用移动通信系统(UMTS 1920-2170MHz)及蓝牙(Bluetooth :2. 4GHz)等。需要在已有的手机天线上实现更多的频带来满足多种业务需求。因此，多频带天线成为了移动终端天线设计的主要目标。天线作为手机发送、接受电磁波的装置，其性能直接决定了整个手机系统的性能。 天线的性能需要足够的空间作保证。在手机天线的设计中，通常采用多分支的结构，每个分支对应一个或者多个频带。分支的增加必然会增加天线的尺寸，原有的空间无法保证天线的正常工作。同时，小型化是现代手机设计的趋势，重量轻、厚度薄的手机具有很强的市场竞争力。因此，小型化的需求进一步增加了多频带手机天线的设计难度。可重构天线技术是解决空间的有效技术之一。它的基本思想是利用天线结构复用的概念，在原有天线工作的基础上，利用开关等元件改变天线的结构，形成另外一种工作模式，联合原有的工作模式，实现多个频带的覆盖。更重要的是，天线的体积没有增加。引入的元件会引入一些天线性能的损耗，相当于部分性能的损失换取天线的频带数目。试验证明，在手机为代表的移动终端中采用可重构技术是可行的。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种短路点可重构的手机内置环天线，通过改变天线主体短路点的位置，实现两种工作模式，在不增加天线系统空间的前提下，实现了多种业务频带的覆盖，同时满足了当今天线小型化的趋势，具有小型化、 宽带、多频带的特点。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是短路点可重构的手机内置环天线，含有金属导体部分、第一 PIN 二极管6和第二 PIN 二极管7，所述金属导体部分包含天线主体1、馈电枝节2、第一短路枝节3、第二短路枝节4和调频金属片5，其中天线主体1采用折叠环天线的形式，根据平面结构沿第一轨迹8、第二轨迹9和第三轨迹10进行向内90度角折叠，通过改变所述第一短路枝节3和所述第二短路枝节4的接地状态实现两种工作模式；馈电枝节2与所述天线主体1连接，与手机主板的馈电点连接，作为信号输入端；
第一短路枝节3，一端与所述天线主体1连接，另一端通过所述第一 PIN 二极管6 与手机主板的地连接；第二短路枝节4，一端与所述天线主体1连接，另一端通过所述第二 PIN 二极管7 与手机主板的地连接；调频金属片5，与所述天线主体1连接，用于调节天线两种工作模式的频率；第一 PIN 二极管6，连接所述第一短路枝节3与所述手机主板的地，所述第一 PIN 二极管6导通时，所述第一短路枝节3与所述手机主板的地连接，所述第一 PIN 二极管6断开时，所述第一短路枝节3与所述手机主板的地断开。第二 PIN 二极管7，连接所述第二短路枝节4与所述手机主板的地，所述第二 PIN 二极管7导通时，所述第二短路枝节4与所述手机主板的地连接，所述第二 PIN 二极管7断开时，所述第二短路枝节4与所述手机主板的地断开。其中所述天线主体1的两种工作模式是指当所述第一 PIN 二极管6导通，所述第二 PIN 二极管7断开通时，所述天线主体1 工作于环第一模式；当所述第一 PIN 二极管6断开，所述第二 PIN 二极管7断导通时，所述天线主体1 工作于环第二模式；总计产生两种工作模式。。其中，所述天线主体1的平面结构为工字环形天线，调频金属片5连接于所述工字环形天线的第一横边Ia外侧；馈电枝节2、第一短路枝节3和第二短路枝节4都连接于所述工字环形天线的第四横边Id外侧，且第一短路枝节3的位置位于馈电枝节2和第二短路枝节4之间，第一轨迹8是指第一横边Ia的外侧边，第二轨迹9指第二横边Ib的内侧边， 第三轨迹10指第三横边Ic的内侧边，折叠后，第一横边Ia和第二横边Ib所在平面，与第三横边Ic和第四横边Id所在平面平行相对，且都与工字环形天线的竖边Ie垂直，调频金属片5所在平面与竖边Ie平行，调频金属片5与第四横边Id接触。所述第一 PIN 二极管6和第二 PIN 二极管7的通断状态由一种开关控制用的数字集成电路芯片控制，例如PIC18LF2525。本发明具有小型化、宽带、多频带和易于集成的优点，适用于以手机代表的各种小型移动终端内置天线设计。
图1为本发明提供的手机内置环天线平面图。图2为图1中天线折叠后的三维图。图3为图1中天线安装后的实施实例尺寸图，单位均为毫米(mm)。图4为图1中天线安装后的实施实例侧视图，单位为毫米(mm)。图5为图1中天线安装后实施实例的反射系数测量图^:第一模式；一一·第二模式。图6为图1中天线安装后实施实例的效率测量图^~:第一模式第二模式。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。如图1所示，为本发明所述短路点可重构的手机内置环天线的平面图，第一 PIN 二极管6和第二 PIN 二极管7，所述金属导体部分包含天线主体1、馈电枝节2、第一短路枝节 3、第二短路枝节4和调频金属片5，天线主体1的平面结构为工字环形天线，调频金属片5 连接于所述工字环形天线的第一横边1 a外侧；馈电枝节2、第一短路枝节3和第二短路枝节4都连接于所述工字环形天线的第四横边Id外侧，且第一短路枝节3的位置位于馈电枝节2和第二短路枝节4之间。如图2所示，为图1中天线主体1采用折叠(或者弯曲)环天线的形式，根据平面结构沿第一轨迹8、第二轨迹9和第三轨迹10进行向内90度角折叠，形成一个长方体，内部由泡沫或者塑料支撑，为所述天线系统的最终应用形态，第一轨迹8是指第一横边Ia的外侧边，第二轨迹9指第二横边Ib的内侧边，第三轨迹10指第三横边Ic的内侧边，折叠后， 第一横边Ia和第二横边Ib所在平面，与第三横边Ic和第四横边Id所在平面平行相对，且都与工字环形天线的竖边Ie垂直，调频金属片5所在平面与竖边Ie平行，调频金属片5与第四横边Id接触。如图3和图4所示，为图1中天线安装后的实施例图，手机主板11采用Imm厚的介质基板，相对介电常数为4. 4。手机主板11背面为金属地，材料为铜。天线系统安装于手机主板11的正面。第一 PIN 二极管6 —端与短路枝节3连接，一端通过通孔与金属地连接；第二 PIN 二极管7 —端与短路枝节4连接，一端通过通孔与金属地连接。第一 PIN 二极管6和第二 PIN 二极管7的偏置电路印刷于手机主板11的正面。偏置电路包括馈电点12、 第一隔直电容Cbl、第二隔直电容Cb2、第三隔直电容Cb3、第一扼流电感Lbl、第二扼流电感Lb2、 第一偏置电阻Rbl，第二偏置电阻Rb2，交流短路电感Ls、第一偏置电压输入13和第一偏置电压输入14。馈电枝节2与第三隔直电容Cb3相连。馈电点12按特征阻抗50欧姆设计，第一偏置电压输入13和第二偏置电压输入14与数字集成电路芯片连接，例如PIC18LF2525， 控制第一 PIN 二极管6和第二 PIN 二极管7的通断状态。本发明的技术方案是这样实现的当第一 PIN 二极管6为导通状态，第二 PIN 二极管7为断开状态，第一短路枝节3与金属地连接，第二短路枝节4与金属地断开，天线主体 1工作于第一模式。当第一 PIN 二极管6为断开状态，第二 PIN 二极管7为导通状态，第一短路枝节3与金属地断开，第二短路枝节4与金属地连接，天线主体1工作于第二模式，由于第二模式中所示主体天线1的长度小于第一模式中所示主体天线1的长度，第二模式的谐振频率高于第一模式的谐振频率。在第一模式和第二模式下，天线主体1工作于环天线模式，环天线模式包括三个谐振频率第一频率、第二频率和第三频率。其中第二频率和第三频率约为第一频率的2倍和3倍，通过调节天线主体1的长度改变第一频率。调频金属片5可以改变第一频率和第三频率，保持第二频率不变，通过调节调频金属片5的尺寸，可以将第二频率和第三频率调在一起覆盖高频段，用第一频率覆盖低频段。综合两种模式的谐振频率，可以实现多个频带的覆盖。该发明的实施例的结构具体说明如下具体实施尺寸由图3和图4所示；最后根据所述第一 PIN 二极管6和第二 PIN 二极管7导通需要的偏置电压设计所述偏置电路，适合本发明实施实例尺寸的所述偏置电路元件值为=Lbl = 120纳亨，Lb2 = 120纳亨，Ls = 100纳亨，Cbl = 120皮法，Cb2 = 120皮法，Cb3 = 120皮法，Rbl = 46欧姆，Rb2 = 46欧姆。以图3、图4所示尺寸制作的天线的反射系数测试结果如图5所示，其中所述第一模式_6dB带宽为770-885MHz、1520-1660MHz和 2260-2560MHz，覆盖GSM850、GPS、和蓝牙频段；所述第二模式_6dB带宽为875_1010MHz和 1705-2410MHZ，覆盖GSM900、DCS和PCS频段。以图3、图4所示尺寸制作的天线效率测试结果如图6所示，对于GSM频段效率高于53. 6%，对于GPS、DCS、PCS和UMTS频段效率高于 26.4%,对于蓝牙频段效率高于46. 4%。所述天线系统可以在60X5X5mm3的空间内实现 7个频段的覆盖。
权利要求
1.短路点可重构的手机内置环天线，其特征在于，含有金属导体部分、第一PIN 二极管 (6)和第二 PIN 二极管(7)，所述金属导体部分包含天线主体(1)、馈电枝节O)、第一短路枝节(3)、第二短路枝节(4)和调频金属片(5)，其中天线主体(1)采用折叠环天线的形式，根据平面结构沿第一轨迹(8)、第二轨迹(9)和第三轨迹(10)进行向内90度角折叠，通过改变所述第一短路枝节C3)和所述第二短路枝节的接地状态实现两种工作模式；馈电枝节( 与所述天线主体(1)连接，与手机主板的馈电点连接，作为信号输入端； 第一短路枝节(3)，一端与所述天线主体(1)连接，另一端通过所述第一 PIN 二极管(6)与手机主板的地连接；第二短路枝节G)，一端与所述天线主体(1)连接，另一端通过所述第二 PIN 二极管(7)与手机主板的地连接；调频金属片(5)，与所述天线主体(1)连接，用于调节天线两种工作模式的频率； 第一 PIN 二极管(6)，连接所述第一短路枝节(3)，并与所述手机主板的地，所述第一 PIN 二极管(6)导通时，所述第一短路枝节C3)与所述手机主板的地连接，所述第一 PIN 二极管(6)断开时，所述第一短路枝节(3)与所述手机主板的地断开。第二 PIN 二极管(7)，连接所述第二短路枝节G)，并与所述手机主板的地，所述第二 PIN 二极管(7)导通时，所述第二短路枝节(4)与所述手机主板的地连接，所述第二 PIN 二极管(7)断开时，所述第二短路枝节(4)与所述手机主板的地断开。 其中所述天线主体(1)的两种工作模式是指当所述第一 PIN 二极管(6)导通，所述第二 PIN 二极管(7)断开通时，所述天线主体 (1)工作于环第一模式；当所述第一 PIN 二极管(6)断开，所述第二 PIN 二极管(7)断导通时，所述天线主体 (1)工作于环第二模式； 总计产生两种工作模式。
2.根据权利要求1所述的短路点可重构的手机内置环天线，其特征在于，所述天线主体(1)的平面结构为工字环形天线，调频金属片(5)连接于所述工字环形天线的第一横边 (Ia)外侧；馈电枝节O)、第一短路枝节C3)和第二短路枝节(4)都连接于所述工字环形天线的第四横边(Id)外侧，且第一短路枝节(3)的位置位于馈电枝节( 和第二短路枝节之间。
3.根据权利要求2所述的短路点可重构的手机内置环天线，其特征在于，第一轨迹(8) 是指第一横边(Ia)的外侧边，第二轨迹(9)指第二横边(Ib)的内侧边，第三轨迹(10)指第三横边(Ic)的内侧边，折叠后，第一横边(Ia)和第二横边(Ib)所在平面，与第三横边 (Ic)和第四横边(Id)所在平面平行相对，且都与工字环形天线的竖边(Ie)垂直，调频金属片(5)所在平面与竖边(Ie)平行。
4.根据权利要求3所述的短路点可重构的手机内置环天线，其特征在于，调频金属片 (5)与第四横边(Id)接触。
5.根据权利要求1所述的短路点可重构的手机内置环天线，其特征在于，所述第一PIN 二极管(6)和第二 PIN 二极管(7)的通断状态由一种开关控制用的数字集成电路芯片控制。
6.根据权利要求5所述的短路点可重构的手机内置环天线，其特征在于，所述数字集成电路芯片为PIC18LF2525。
全文摘要
短路点可重构的手机内置环天线，属于天线设计领域，包括金属导体部分、第一PIN二极管，第二PIN二极管；金属导体部分包括折叠环天线主体、调频金属片、馈电枝节、第一短路枝节和第二短路枝节；两个短路枝节通过相对应的PIN二极管接地，当PIN二极管导通时，该短路枝节与地连接，当PIN二极管断开时，该短路枝节不与地连接；天线在两个短路枝节分别接地时工作于两个不同频度的模式；联合两种不同的工作模式，该天线可以覆盖多个频段；本发明具有小型化、宽带、多频带和易于集成的优点，适用于以手机代表的各种小型移动终端内置天线设计。
文档编号H01Q5/00GK102386486SQ20111027451
公开日2012年3月21日 申请日期2011年9月15日 优先权日2011年9月15日
发明者冯正和, 张志军, 李越, 郑剑峰 申请人:清华大学